Giao thức internet protocol version 6 (IPv6) và một số ứng dụng

GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .3 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG I: THỰC TRẠNG CÔNG NGHỆ IPv4 VÀ MỤC TIÊU PHÁT TRIỂN IPv6 12 1.1 Giới thiệu chƣơng: 12 1.2 Thực trạng công nghệ IPv4 xu hƣớng sử dụng IPv6: 12 1.3 Mục tiêu phát triển IPv6: 15 1.3.1 Sự đời IPv6: 15 1.3.2 Những ƣu điểm IPv6 so với IPv4: 16 1.4 Tổng kết chƣơng: 20 CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ INTERNET PROTOCOL VERSION (IPv6) 21 2.1 Giới thiệu chƣơng: 21 2.2 Cấu trúc giao thức IPv6: 21 2.2.1 Cấu trúc gói tin IPv6: 21 2.2.2 Khái quát cấu trúc Header IPv6: 22 2.2.3 Các trƣờng IPv6 Header: 23 2.2.4 Cấu trúc header mở rộng: 25 2.3 Địa IPv6: 29 GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn 2.3.1 Nhắc lại cấu trúc địa IPv4: .29 2.3.2 Cấu trúc địa IPv6: 30 2.3.3 Phân loại: .31 2.4 Tổng kết chƣơng: 44 CHƢƠNG III: TRIỂN KHAI IPv6 TRÊN NỀN TẢNG HỆ THỐNG IPv4 45 3.1 Giới thiệu chƣơng: 45 3.2 Khái quát chế chuyển đổi từ IPv4 lên IPv6: .45 3.3 Công nghệ đƣờng hầm Tunnel: .48 3.3.1 Khái quát chế tunneling: .48 3.3.2 Cấu hình tunnel tay (Manual Configured Tunneling): .56 3.3.3 Tunnel Broker: 57 3.3.4 Cấu hình tunnel tự động (Automatic Configured Tunneling): 59 3.4 Tổng kết chƣơng : 70 CHƢƠNG IV: MÔ PHỎNG MÔ HÌNH XÂY DỰNG HỆ THỐNG IPV6 TRÊN NỀN IPV4 CHO CÁC DOANH NGHIỆP VỪA VÀ NHỎ .71 KẾT LUẬN .87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn LỜI CAM ĐOAN Tên Hoàng Mạnh Tuấn – Học viên lớp Cao học Kỹ thuật điện tử - Khóa 2011B – Viện Điện tử viễn thông – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin cam đoan luận văn Thạc sỹ kỹ thuật tự làm, không chép nguyên Các nguồn tài liệu sử dụng luận văn thu thập dịch từ tài liệu tiêu chuẩn nƣớc Sô liệu luận văn số liệu thực tế, đƣợc cập nhật công ty nghiên cứu thị trƣờng uy tín nƣớc nƣớc Tuyệt đối không bịa đặt Nếu có sai phạm xin chịu trách nhiệm trƣớc hội đồng tốt nghiệp nhà trƣờng Học viên Cao học Hoàng Mạnh Tuấn GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Tốc độ tăng trƣởng thiết bị sử dụng IPv4 IPv6 (Nguồn: http://www.google.com/intl/en/ipv6/ ) 13 Hình 1.2 Lƣu lƣợng sử dụng ipv6 để truy cập web theo thống kê Google tính đến ngày 15/8/2013 14 Hình 1.3 Tỷ lệ % vùng triển khai sử dụng IPv6 (Nguồn: Ethernet Số liệu tính đến 30/04/2013) 14 Hình 1.4 Sự phát triển IPv6 so với IPv4 dựa kết nối từ Vietnam tính đến ngày 13/07/2013 (Nguồn: ipv6-test.com/stats/country/VN) 15 Hình 1.5 IPv6 cần đƣợc triển khai IPv4 dần cạn kiệt (Nguồn: Wikipedia.org) 16 Hình 2.1 Cấu trúc gói tin IPv6 21 Hình 2.2 Cấu trúc header IPv6 so với IPv4 .22 Hình 2.3.Các trƣờng IPv6 header .23 Hình 2.4 Các header mở rộng nằm IPv6 Header Upper-layer Header .26 Hình 2.5 Một chuỗi ―điểm‖ (pointer) đƣợc định dạng 26 trƣờng Next Header 26 Hình 2.6 Các lớp địa IPv4 29 Hình 2.71 Một ví dụ cách biểu diễn địa IPv6 31 Hình 2.8 Cấu trúc địa Global đƣợc đƣa RFC 3587 .32 Hình 2.9 Cấu trúc Topological địa Global 33 Hình 2.10 Cấu trúc địa Link-local IPv6 33 Hình 2.11 Cấu trúc địa Site-local IPv6 .34 GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn Hình 2.12 Cấu trúc địa Unique local 35 Hình 2.13 Cấu trúc địa Multicast .37 Hình 2.14 Cấu thành địa Solicited node từ địa unicast 41 Hình 2.15 Ánh xạ địa IPv6 multicast tới địa Ethernet multicast MAC .42 Hình 3.1 Dạng gói tin với công nghệ chuyển đổi Dual-stack 47 Hình 3.2 IPv6-over-IPv4 Tunneling 47 Hình 3.3 Mô hình công nghệ đƣờng hầm tunnel .48 Hình 3.4 Router-to-Router Tunneling 49 Hình 3.5 Host-to-Router Tunneling 49 Hình 3.6 Host-to-Host Tunneling 49 Hình 3.7 Hai mạng IPv6 kết nối với thông qua hạ tầng mạng Ipv4 51 Hình 3.8 Encapsulation 52 Hình 3.9 Mô hình vận chuyển gói tin host IPv6 52 Hình 3.10 Phân mảnh tái hợp gói tin 53 Hình 3.11 Thuật toán Path MTU Discovery 54 Hình 3.12 MTU Discovery Protocol 55 Hình 3.13 Cấu hình tunnel tay 57 Hình 3.14 Mô hình Tunnel Broker 58 Hình 3.15 Host Dual-Stack thiết lập Configured Tunnel Sử dụng Tunnel Broker 59 Hình 3.16 Host Dual-Stack thiết lập Configured Tunnel sử dụng Tunnel Server 59 Hình 3.17 Automatic Tunneling dùng địa IPv4-compatible IPv6 .60 Hình 3.18 6to4 automatic tunneling 62 GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn Hình 3.19 Các kết nối miền 6to4 .63 Hình 3.20 6to4 Tunnel .63 Hình 3.21 Cấu trúc địa 6to4 .64 Hình 3.22 Các thành phần 6to4 tunnel 65 Hình 3.23 Kết nối miền 6to4 66 Hình 3.24 Router Relay: Kết nối miền 6to4 với miền 6to4 native 67 Hình 3.25 Kiến trúc ISATAP 68 Hình 3.26 Cấu trúc địa ISATAP 69 Hình 3.27 Một ví dụ mạng ISATAP 70 Hình 4.1 Mô hình mạng Ipv6 quốc gia (Nguồn: VNNIC) 73 Hình 4.2 Mô hình mạng Ipv6 quốc gia (Nguồn: VNNIC) 73 Hình 4.3 Giải pháp triển khai hệ thống Ipv6 tảng Ipv4 .74 Hình 4.4 Một giải pháp cung cấp Tunnel Broker NetNam thông qua trang web http://tunnelbroker.netnam.vn 75 Hình 4.5 Topo mạng mô việc xây dựng hệ thống IPv6 dựa tảng IPv4 76 GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Một số giá trị trƣờng Next Header .25 Bảng 2.1 Các giá trị trƣờng Scope đƣợc 38 miêu tả RFC 4291 38 Bảng 4.1 Địa IP Router mô hình 77 GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT KÝ HIỆU TÊN TIẾNG ANH RFC Request for Comments CIDR Classless Inter-Domain Routing NAT Network Address Translator IP Internet Protocol IANA Internet Assigned Numbers Authority APNIC Asia-Pacific Network Information Centre RIPE NCC The Réseaux IP Européens Network Coordination Centre ISP Internet Service Provider VNNIC Vietnam Internet Information Center DHCP Dynamic Host Configuration Protocol IETF Internet Engineering Task Force IPng Internet Protocol next generation MTU Maximum Transmission Unit QoS Quality of Services IPSec Internet Protocol Sercurity DNS Domain Name Server ARP Address Resolution Protocol TCP Tranmission Control Protocol UDP Uer Datagram Protocol ICMPv6 Internet Control Message Protocol TTL Time To Live NAT-PT Network Address Translator-Protocol Translator ISATAP Intra-Site Automatic Tunnel Addressing Protocol LAN Local Area Network MAC Media Access Control NBMA Non-Broadcast-Multi-Access GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn LỜI NÓI ĐẦU Lý chọn đề tài Trong bối cảnh địa IPv4 dần cạn kiệt, IPv6 đời nhƣ nhu cầu tất yếu hoạt động mạng toàn cầu nói chung hệ thống viễn thông Việt Nam nói riêng Việc chuyển sang sử dụng hệ địa IPv6 thay cho IPv4 yêu cầu cấp thiết, vừa để nhằm đảm bảo cho phát triển liên tục hoạt động Internet, vừa phát huy lợi vƣợt trội công nghệ IPv6 so với IPv4.Tuy nhiên, vấn đề đƣợc đặt để hệ thống Ipv6 hoạt động tƣơng thích với sở hạ tầng IPv4 Do vậy, em chọn đề tài ―Giao thức Internet Protocol version (Ipv6) số ứng dụng‖ làm luận văn tốt nghiệp nhằm mục đích đƣa khái niệm địa Iv6 nhƣ khái quát hóa việc đƣa địa Ipv6 vào hệ thống dựa tảng hạ tầng Ipv4 có sẵn cho doanh nghiệp vừa nhỏ Lịch sử nghiên cứu IPv6 đƣợc IETF nghiên cứu từ năm 1998 (đƣợc miêu tả RFC2460) cho thấy nguy tiềm tàng việc thiếu hụt địa IP tƣơng lai Và ngày 6/6/2012 đƣợc chọn ngày toàn giới triển khai giao thức mạng IPv6 (World IPv6 Launch), nhằm thúc đẩy tổ chức hoạt động ngành IT chuẩn bị sẵn sàng cho hạ tầng chuyển đổi công nghệ phần lớn trang web, mạng lớn tham gia, phải kể đến tổ chứ lớn nhƣ Google, Facebook, AOL số nhà mạng nhƣ AT&T, Verizon, Time Warner Cable… bắt đầu sử dụng IPv6 Tại Việt Nam, tất 20 ISP xin cấp địa IPv6 sau giai đoạn thử nghiệm (2011-2012) thức đƣợc triển khai, nhƣ cung cấp dịch vụ, sản phẩn nhằm thúc đẩy sử dụng IPv6 cộng đồng ngƣời dùng mạng Việt GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn Mục đích nghiên cứu Luận văn đƣa nhìn tổng quát sở lý thuyết IPv6, phân tích mặt hạn chế IPv4, từ đƣa luận điểm chứng đời nhu cầu phát triển IPv6 tất yếu Đồng thời, luận văn sâu vào việc phân tích phƣơng pháp chuyển đổi IPv4-IPv6 nhiều phƣơng án khác để nêu lên tính đa dạng việc lựa chọn dự án triển khai cho doanh nghiệp vừa nhỏ Và từ sở lý thuyết đó, xây dựng lab mô trình triển khai chuyển đổi IPv4-IPv6 đƣợc áp dụng thực tiễn Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu luận văn công nghệ IPv6, công nghệ chuyển đổi từ IPv4 lên IPv6, áp dụng triển khai xây dựng mô hình cho doanh nghiệp vừa nhỏ Phạm vi nghiên cứu luận văn tập trung vào việc nghiên cứu, tìm hiểu lý thuyết, từ vận dụng vào hệ thống mạng Phƣơng pháp nghiên cứu Khai thác thông số,các số liệu tổ chức nghiên cứu thị trƣờng uy tín (Nhƣ Google, VNNIC,…) thống kê khoảng năm trở lại Nghiên cứu tài liệu nƣớc ngoài, nhƣ tận dụng tối đa nguồn từ Internet, báo chí, tạp chí công nghệ Tóm tắt luận văn Bài luận văn bao đƣợc phân chia làm chƣơng Chương I: Thực trạng công nghệ IPv4 mục tiêu phát triển IPv6 Chương II: Tổng quan Internet Protocol version (IPv6) Chương III: Triển khai IPv6 tảng hệ thống IPv4 Chương IV: Mô mô hình xây dựng hệ thống IPv6 IPv4 cho doanh nghiệp vừa nhỏ 10 GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn (ISP) Việt Nam Hoạt động tập trung vào dịch vụ Internet (Internet Services Provider), dịch vụ trực tuyến OSP, dịch vụ quản trị mạng tích hợp hệ thống Tập trung vào nghiên cứu tảng hệ thống dựa Ipv6 từ năm 2002-2008 đến nay, công ty triển khai thành công trở thành nhà cung cấp giải pháp Ipv6 hàng đầu Việt Nam Hình 4.3 Giải pháp triển khai hệ thống Ipv6 tảng Ipv4 Các giải pháp phát triển Ipv6 NetNam:  Phát triển từ mạng biên (Edge network) bao gồm Dualstack, Ipv6 BGP với NTT,  Phát triển hệ thống mạng Core : nâng cấp hệ thống mạng core để sẵn sàng hỗ trợ Ipv6, sử dụng đƣờng hầm Tunnel để kết nối với hệ thống đám mây Ipv6 thông qua kiến trúc hạ tầng Ipv4  Phát triển hệ thống mạng dịch vụ : nâng cấp tất hệ thống server hỗ trợ Ipv6, cung cấp dịch vụ Ipv6 nhƣ DNS, Email, Webhosting 74 GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn Hình 4.4 Một giải pháp cung cấp Tunnel Broker NetNam thông qua trang web http://tunnelbroker.netnam.vn 4.2 Xây dựng lab mô tảng Ipv6 Ipv4 Dựa nghiên cứu vể Ipv6, nhƣ tham khảo mô hình triển khai hệ thống thực tế (mà điển hình NetNam), em xin đƣa mô hình nhằm mô mô hình mạng Ipv6 mạng Ipv4 thông qua đƣờng hầm tunnel 4.2.1 Mô hình mô Các phần mềm sử dụng :  GNS3 All-In-One version 0.8.3.1 : xây dụng Topo mạng giống nhƣ triển khải thực tế  Router C7200 Cisco : Chạy IOS thật Cisco c7200-jk9o3s-mz.12412.image (IOS có hỗ trợ Dual-stack)  SercureCRT version 7.1 : Sử dụng để telnet vào Router thực thao tác cấu hình 75 GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn Hình 4.5 Topo mạng mô việc xây dựng hệ thống IPv6 dựa tảng IPv4 Mô tả yêu cầu:  Cấu hình địa Router theo bảng sau: Router Name IP Address Loopback0: 2000:1::1/64 R1 R1_Ipv6 G1/0: 2000:12::1/64 Loopback0: 2000:2::1/64 R2 R2_Ipv4_6 G1/0: 2000:12::2/64 G2/0: 192.168.25.2/24 Loopback0: 172.16.1.1/24 R3 R3_Ipv4 G1/0: 192.168.25.1/24 G2/0: 192.168.8.2/24 Loopback0: 2000:$::1/64 R4 R4_Ipv4_6 G1/0: 192.168.8.1/24 G2/0: 2000:45::4/64 R5 R5_Ipv6 Loopback0: 2000:5::1/64 76 GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn G1/0: 2000:45:5/64 Bảng 4.1 Địa IP Router mô hình  Cấu hình định tuyến cho tất địa IPv6 topo mạng gửi đƣợc gói tin cho qua miền mạng IPv4 Các bƣớc cấu hình  Cấu hình địa IP cho interface loopback  Cấu hình định tuyến Ripng, OSPF  Cấu hình đƣờng hầm thông qua miền mạng IPv4  Kiểm tra kết Các thông số cấu hình chi tiết  R1 (Router Ipv6) 77 GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn 78 GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn  R2 (Router biên, chạy Ipv4 Ipv6) 79 GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn 80 GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn  R3 (Router Ipv4) 81 GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn  R4 (Router biên, chạy Ipv4 Ipv6) 82 GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn 83 GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn  R5 (Router Ipv6) 84 GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn 4.2.2 Kết nhận định cá nhân a Kết :  Bảng định tuyến Router R1  Bảng định tuyến Router R5 85 GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn b Nhận xét:  Các Router IPv6 có địa mạng IPv6 bảng định tuyến -> Việc truyền tải gói tin IPv6 thông qua mạng IPv4 thành công  Bài lab sử dụng phần mềm máy tính để mô nhƣng hoàn toàn cấu hình IOS thật thiết bị nên kết hoàn toàn thu đƣợc triển khai thực tế  Bài lab sử dụng việc tạo đƣờng hầm Tunnel tay (tức kết nối point-topoint) hiệu máy tính sử dụng không đảm bảo tính ổn đinh chạy lab với mô hình chạy đƣờng hầm Tunnel tự động  So với phƣơng pháp cấu hình tunnel tự động, với mô hình việc cấu hình đơn giản Tuy nhiên, gặp phải mô hình phức tạp cấu hình đƣờng hầm tunnel tay lại gây khó khăn cho việc quản trị cấu hình hệ thống  Phƣơng pháp thích hợp cho khách hàng có nhu cầu thuê kênh riêng việc truyền tải gói tin Ipv6 qua hệ thống Ipv4 lý bảo mật thông tin 86 GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn KẾT LUẬN IPv6 khẳng định chỗ đứng vững chãi hoạt động Internet toàn cầu Số liệu thống kê thông số IPv6 gia tăng cách đáng kể đặn Internet phản ánh mức độ tăng trƣởng triển khai IPv6 IPv6 đƣợc quan tâm thúc đẩy ứng dụng để đảm bảo phát triển ổn định Internet Kết dự án phân tích đánh giá cho thấy tăng trƣởng đáng kể nhƣng mức độ ứng dụng triển khai IPv6 quốc gia toàn cầu chƣa đồng tập trung vào số khu vực, vùng có quy mô lớn Trên phƣơng diện quản lý nhà nƣớc, nhiều phủ tích cực thúc đẩy tốc độ chuyển đổi IPv6 quốc gia Với vai trò đặc biệt quan trọng phủ việc thúc đẩy IPv6, với tác nhân quan trọng cạn kiệt hoàn toàn vùng dự trữ IPv4 mang tới đột biến việc triển khai IPv6 thời gian tới IPv6 phát triển Trong thời gian làm luận văn, em cố gắng nhiều song kiến thức hạn chế, thời gian nghiên cứu có hạn nguồn tài liệu chủ yếu báo tiếng Anh mạng nên luận văn nhiều sai sót trình dịch thuật Em mong nhận đƣợc phê bình, ý kiến đóng góp chân thành thầy cô bạn để luận văn đƣợc hoàn thiện 87 GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn TÀI LIỆU THAM KHẢO John Joseph Amoss, Handbook of IPv4 to IPv6 Transition: Methodologies for Institutional and Corporate Networks, December 6, 2007 Joseph Davies, Understanding Ipv6 third edition, Junly 6, 2012 Ciprian Popoviciu, Eric Levy-Abegnoli, Patrick Grossetete, Deplopying IPv6 Network, Cisco Press, February 10, 2006 KS Nguyễn Thị Thu Thủy, Th.S Hoàng Minh Cƣờng, Giới thiệu hệ địa Internet IPv6, NXB Bưu Điện, năm 2006 Scott Empson, CCNP BSCI Portable Command Guide, Cisco Press, 2006 Các RFC2461, RFC2463, 2473, RFC24, RFC 3056… Các nguồn từ Internet : a http://www.cisco.com/ , truy nhập cuối vào ngày 20/08/2013 b www.ipv6tf.vn/ truy cập cuối ngày 23/08/05/2013 c http://www.google.com/intl/en/ipv6/ 15/08/2013 d Google.com 88 truy cập cuối vào ngày